Спосіб вилучення скандію з відходів виробництва тетрахлориду титану

1 Способ извлечения скандия из отходов производства тетрахлорида титана, включающий выщелачивание отходов, экстракцию скандия твердофазным экстрагентом на основе трибутил фосфата (ТВЭКС-ТБФ), реэкстракции, осаждения оксалатов и их прокалку, отличающийся тем, что экстракцию скандия осуществляют ТВЭКС-ТБФ, содержащим дибутилфосфорную и монобутилфосфорную кислоты в количестве 8-22 % мае от веса экстрагента 2 Способ по п 1, отличающийся тем, что ТВЭКС-ТБФ до начала использования его в процессе экстракционного извлечения скандия насыщают хлористым водородом путем контакта с крепкой соляной кислотой и выдерживают во влажном состоянии 2-4 суток Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано при комплексной переработке титан соде ржа ще го сырья При переработке скандийсодержащих продуктов с извлечением скандия часто возникают проблемы с радиоактивностью, так как практически во всех рудах скандию сопутствует торий и, за счет схожести их поведения в процессах, связанных с концентрированием целевого компонента (скандия), происходит концентрирование тория Это ухудшает условия осуществления процессов, требует соблюдения особых мер безопасности, усложняет процесс переработки черновых скандиевых концентратов за счет необходимости разделения скандия и тория /1 - 4/ Известно техническое решение по извлечению скандия из отходов производства четыреххлористого титана, принятое за прототип Указанный способ основан на выщелачивании отходов, экстракции скандия из пульп твердофазным экстрагентом на основе ТБФ (ТВЭКС-ТБФ) при концентрации хлорного железа 28 - 40г/л при О В = 1 50-ь70, последующей водной реэкстракцией с осаждением оксалатов скандия, их фильтрацией и прокалкой При прокаливании получают черновой концентрат скандия, содержащий 40 - 80% масс, окиси скандия отнести то, что при экстракции скандия происходит одновременное извлечение и концентрирование тория, содержание которого в реэкстрактах составляет 300 - 400мг/л, в черновом концентрате же он содержится в количестве 3,0 - 4,5% масс В основу изобретения поставлена задача повысить качество продукта переработки отходов чернового оксида скандия за счет снижения в нем концентрации радиоактивного тория путем оптимизации условий экстракции, обеспечивающей возможность более селективно осуществлять процесс экстракции скандия из пульп нейтральными фосфорорганическими соединениями Указанная задача достигается тем, что экстракцию скандия осуществляют с помощью твердофазного экстрагента на основе смеси нейтрального фосфорорганического экстрагента (ТБФ) и кислых фосфорорганмческих соединений, дибутилфосфорной и монобутилфосфорной кислоты (ДБФК и МБФК), причем кислые экстрагенты составляют 8 -12% масс, от веса экстрагента Ввиду того, что в промышленных условиях хорошо отработан синтез ТВЭКС из нейтральных фосфорорганических экстрагентов, а введение кислых экстрагентов не позволяет осуществлять синтез ТВЭКС по традиционной технологии (те практически необходимо разрабатывав новую технологию синтеза) предлагается производить насыщение ТВЭКС-ТБФ соляной кислотой с последующей выдержкой в течение 2-4 суток При Способ-прототип характеризуется хорошими показателями по сквозному извлечению скандия, относительно прост К недостаткам его следует О 00 ю ю 52581 выдержке ТВЭКС-ТБФ, насыщенного кислотой, происходит частичный гидролиз ТБФ с образованием ДБФК и МБФК Срок выдержки 2-4 суток обеспечивает необходимое для экстракции соотношение ТБФ и суммы ДБФК и МБФК Способ осуществляется следующим образом ТВЭКС-ТБФ подвергают контакту с крепкой соляной кислотой в реакторе (достаточно нескольких минут), отделяют от кислоты и выдерживают в течение 2-4 суток Затем данный ТВЭКС используют для извлечения скандия путем контакта с хлоридными растворами Экстракция может осуществляться как в цикличном, так и в непрерывном режиме (колонный вариант), Время контакта фаз должно быть не менее 1 час, соотношение фаз О В = 50-И 00, насыщенный ТВЭКС подвергают рсэкстракхщи водой или слабой соляной кислотой (до 40г/л HCI) Из получшного реэкстракта проводят осаждение оксалатов, фильтрацию и прокалку с получением чернового скандиевого концентрата Новым" по сравнению со способомпрш'отгаюм, является использование для экстракции скандия твердофазного экстрагента, содержащего нейтральный и кислые фосфорорганические экстрагенты Для обоснования существенных отличий был проведен поиск известных решений по извлечению скандия кислыми фосфорорганическими экстрагентами, Известно использование кислого экстрагента Д2ЭГФК в виде ТВЭКС для извлечения скандия /6/ В данном случае применяется кислый экстрагент, работающий по катионнообменному варианту Экстракция по катионнообменному варианту на ТВЭКС-Д2ЭГФК обеспечивает высокую степень извлечения скандия, однако характеризуется низкой селективностью Даже после промывок и селективной реэкстракции получают очень загрязненный примесями черновой концентрат (2% Sc2O3) В заявляемом способе применяется смесь экстрагентов, работающих по сольватно гидратному варианту, с высокой селективностью Замена одного кислого фосфорсодержащего экстрагенгга (ТВЭКС-Д2ЭГФК) на заявляемую смесь нейтральных и кислых экстрагентов (ТВЭКС-ТБФ, ДБФК, МБФК) позволяет изменить механизм экстракции, неожиданно существенно изменить селективность экстракции скандия в присутствии тория Следовательно, заявляемое решение соответствует требованиям "существенные отличия" Примеры конкретного осуществления способа Для осуществления способа были взяты следующие материалы - ТВЭКС (ТБФ - 50%) (№ 1), - ТВЭКС (ТБФ - 45%, ДБФК+МБФК - 3%) (№ 2), - ТВЭКС (ТБФ - 42%, ДБФК+МБФК - 4%) (№ 3), - ТВЭКС (ТБФ - 35%, ДБФК+МБФК - 6%} (№ 4), - ТВЭКС (ТБФ - 28% ДБФК+МБФК - 11%) (№ 5), - ТВЭКС (ТБФ - 23%, ДБФК+МБФК - 12%) (№ 6), - хлоридный раствор, полученный при выщелачивании твердых хлоридных отходов титанового производства Состав раствора, г/л FeCI2 - 110, FeCI3 - 30, HCI - 37, КСІ - 132, NaCI - 81, ТЮ2 - 0,6, СгСІз - 6,2, Мп - 3,8, Sc 3+ -0,082, Th 4+ - 0,108, - щавелевая кислота, 2-х водная, - соляная кислота техническая, ЗО % Пример 1 Способ-прототип Навеску ТВЭКС № 1 (50% ТБФ) подвергали контакту с раствором при О В 1 50 в течение 1 часа Затем отделили ТВЭКСТБФ от пульпы и провели реэкстракцию Из реэкстракта осадили оксалаты, которые отфильтровали и прокалили с получением чернового оксида скандия Качество реэкстракта и чернового оксида исследовали Результаты анализа приведены в табл №1 п1 Таблица 1 Результаты лабораторных исследований по экстракционному извлечению скандия из хлоридных растворов № Матрица ТБФ п/п 1 2 3 4 5 6 7 50 50 50 50 50 50 50 50,0 47,0 46,0 44,0 39 0 38,0 43,4 (ДБФК+ МБФК) 3,0 4,0 6,0 11,0 12,0 6,6 Отношение (ЦБФК+МБФК) к весу экстрагента, % масс 6,0 8,0 12,0 22,0 24,0 13,2 Концентрация скандия и тория в промпродуктах Реэкстракт Черновой оксид ТпО2, мг/л ТпО2, % Sc2O3, г/л Sc2O3, % масс масс 2,10 300 68 3 2,20 2,00 160 68,8 1,20 1,95 18 68,9 0,16 1,95 12 69 2 0,13 1,82 10 69,0 0,12 1,38 10 69 0 0,12 1,90 10 68,9 0,12 Таблица 2 Результаты ЯМР- спектроскопии образцов ТВЭКС № Время выдержки во влажном состоянии, п/п сут Матрица Состав ТВЭКС, % масс, ТБФ ДБФК МБФК 52581 продолжение таб 2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 Пример 2 Опыты проводили аналогично описанному в прим 1, с тем отличием, что в процессе экстракции используют образцы ТВЭКС с различным содержанием ДБФК и МБФК (образцы №2-3) Результаты анализа полученных реэкстрактов и черновых оксидов приведены в табл 1 пп 2-7 Пример 3 Образец ТВЭКС-ТБФ (50%) замочили в соляной кислоте в течение 30 минут, отделили от раствора и выдерживали в бюксе в течение 10 суток Регулярно, 1 раз в сутки образец с помощью ЯМРспектроскопии анализировали на содержание ТБФ, ДБФК и МБФК Результаты анализов приведены в табл 2 Образец ТВЭКС-ТБФ, замоченный в кислоте и выдержанный в течение 3 суток, использовали в процессе экстракции скандия аналогично описанному в примере 1 Результаты опыта приведены втабл 1 и 8 Как видно из приведенных результатов опытов, заявляемый состав экстрагента обеспечивает снижение выхода тория в реэкстракт, и, соответственно, в черновой оксид, По-видимому, это можно объяснить пониженной экстракционной способностью смеси нейтрального и кислого экстрагента к торию Снижение содержания кислых экстрагентов в ТВЭКС приводит к повышенному «проскоку» тория в реэкстракт, повышение же их концентрации выше заявляемого предела влечет 50,0 49,6 45,0 43,9 39,4 36,6 35,6 34,7 33,5 32,7 32,0 05 , 3,2 3,9 5,8 66 , 7,8 81 , 83 , 83 , 8,4 03 , 18 , 2,2 4,8 4,8 66 , 7,2 8,2 9,0 96 , за собой факт снижения экстракционной способности экстрагента по скандию Получение ТВЭКС со смесью нейтрального и кислого экстрагентов путем замачивания в соляной кислоте и последующей выдержке осуществляется за счет гидролиза ТБФ, Выдержка замоченного ТВЭКС-ТБФ в течение 2-4 суток обеспечивает оптимальное соотношение ТБФ ДБФК+МБФК Эффект от внедрения заявляемого изобретения социальный - снижение уровней радиационной опасности передела экстракционного извлечения скандия из отходов титанового производства Источники информации 1 Scandium Its Occurrence, Chemistry, Physics, Metallurgy, Biology and Technology -L, Academic press, 1975, P 598 2 Фаворская Л В Химическая технология скандия -1969, Алма-Ата, ОНТИ КазИМС,- 104с 3 Кудрявский Ю П , Белкин А В , Юков А Г и др/Цветная металлургия, № 1, -1987, -С 32-33 4 А с СССР № 1400112 от 1 02 1988 г 5 А с СССР Nb 1406976 от 1 03,1988 г 6 Смирнов Г Н , Черняк А С , Минеев Г Г - в кн - "Материалы научно-техн конф "Молодежь производству" Иркутск,-1970,-С 105-108 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24